DE1552981A1 - Connection of metallic elements - Google Patents
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Description
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derthe
firma Switches Incorporated,= 317 East Ontario Street,Switches Incorporated, = 317 East Ontario Street,
ÖMcago/lllinois (Y.St .A.)ÖMcago / lllinois (Y.St .A.)
betreffend Verbindung von metallischen Elementenrelating to the connection of metallic elements
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Herstellung von Verbundgegenständen aus metallischen Elementen, insbesondere auf die Verbindung von Leichtmetallen, wie Aluminium, mit anderen metallischen Werkstoffen. Im einzelnen betrifft sie ein neues und neuartiges Verfahren zum Widerstandsschweißen von Aluminiumdraht mit Elementen aus Zink.The invention relates generally to the manufacture of composite articles from metallic elements, especially on the connection of light metals such as aluminum with other metallic materials. In detail it concerns a new and innovative process for resistance welding of aluminum wire with elements of zinc.
Die erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände sind Verbundgegenstände aus metallischen Elementen, die durch Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, miteinander verbunden sind. Das Verfahren umfaßt eine bevorzugte Erhitzung des höherschmelzenden Materials auf ein® Temperatur, so daß beim Berühren des ho'herschmelzenden Segenstandes mit dem anderen, verhältnismäßig kühl gehaltenen metallischen Gegenstand einThe articles produced according to the invention are composite articles made of metallic elements which are connected to one another by welding, in particular resistance welding. The method includes preferably heating the higher melting point material to a temperature such that at Touching the higher melting object with the other, a relatively cool metallic object
lokalisiertes Schmelzen in der Kontaktfläche erfolgt, worauf ein mechanischer Druck ausgeübt wird, so daß das niedriger schmelzende Metall verdrängt wird, indem es um den Rand des höher schmelzenden Materials (z.B. einem Aluminiumdraht) fließt, das auf die gewünschte Eindringtiefe in das niedriger schmelzende metallische Material gebracht wird.localized melting takes place in the contact area, whereupon a mechanical pressure is exerted so that the lower melting metal is displaced by moving around the edge of the higher melting material (e.g. a Aluminum wire) that flows to the desired depth of penetration is brought into the lower melting metallic material.
Leichte Werkstoffe, wie Aluminium, beispielsweise in Drahtform, besitzen bekanntlich eine gute elektrische leitfähigkeit und eine hohe Festigkeit, verbunden mit einem niedrigen Gewicht. Jedoch treten beim Verbinden von Aluminium mit anderen Werkstoffen zahlreiche Schwierigkeiten auf. Durch die Unmöglichkeit, die üblichen Lötmethoden, insbesondere mit harzartigen Fließmitteln und weichen Lötmitteln, zur Verbindung von Aluminiumdraht anzuwenden, wurde eine ausgedehntere Verwendung von Aluminium auf Gebieten, auf denen seine Verwendung vorteilhaft wäre, praktisch verhindert. Heines Zink gilt im allgemeinen als das korrosionsbeständigste Lötmetall zur Verbindung von Aluminium! es wurde jedoch wegen seiner schlechten Fließeigenschaften noch nicht in größerem Umfang angewendet. Bei einem anderen Verfahren, das als Hartlöten (brazing) von Aluminium bekannt ist, sind Temperaturen erforderlich, die so nahe am Schmelzpunkt des Aluminiums liegen, daß eine zur Erzielung von gleichmäßigen Ergebnissen erforderliche Regelung fast unmöglich ist. Werden weiterhin elektrische Leitele^oeritef^xn^Berührung mit anderen LeiterwerTfc-Light materials such as aluminum, for example in wire form, are known to have good electrical conductivity and high strength combined with low weight. However, occur when joining aluminum with other materials present numerous difficulties. Due to the impossibility of using the usual soldering methods, in particular with resinous fluxes and soft solder to be used to join aluminum wire, it became more extensive Practically prevented the use of aluminum in areas where its use would be beneficial. Heine's zinc is generally considered to be the most corrosion-resistant solder for joining aluminum! however, it was because of its poor flow properties not yet in a major way Scope applied. Another process known as brazing aluminum uses temperatures required that are so close to the melting point of the aluminum that one can produce consistent results required regulation is almost impossible. If electrical conductors continue to come into contact with other conductor values
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stoffen gehalten, so eifolgt im allgemeinen eine stetige ίτΛ unzulässige EriiShung des elektrischen Widerstandes an der Kontaktfläehe,materials, then there generally follows a constant ίτΛ impermissible increase in the electrical resistance at the contact surface,
Weitere Schwierigkeiten am" diesem Gebiet liegen in den Fehlern der auszubildenden. Verbindungsstellen zwischen Aluminiumdraht und Elementen aas anderen Metallen, ζ .B* Anschlußverbindungen aus lapfera Das Aluminiumoxyd haftet sehr fest auf der Oberfläche des Äluminiumdrahtes und wird ein Teil des G-efüges der TerMadimgszone, wodurch die Verbindungszone leicht spröde ulrd und der elektrische Widerstand sich erhöht. Wird die Verbindung nicht dadurch hergestellt, daß durch Schmelzen von Seilen der Elemente ein Gefüge gebildet wird, sondern nur durch Umfalzen, so ist eine Paste zur Verhinderung der Oxydbildung in der gefalzten Verbindung nötig» um die Ausbildung von Widerstandsschichten aus Aluminiumoxyd an den Metallgrenzflachen zu verhindern.Further difficulties in "this area are the defects of the connecting points to be formed between aluminum wire and elements aas other metals, ζ .B * Connection connections from lapfer a The aluminum oxide adheres very firmly to the surface of the aluminum wire and becomes part of the joint of the TerMadimgszone If the connection is not made by melting ropes of the elements, but only by crimping, then there is a paste to prevent the formation of oxide in the folded connection necessary »to prevent the formation of resistance layers of aluminum oxide on the metal boundary surfaces.
Neben den Schwierigkeiten "bei der Ausbildung einer guten Verbindung zwischen dem JHnminiumdraht imd einem Element aus einem anderen Metall treten Schwierigkeiten infolge von galvanischer Korrosion auf, da eine IPotentialdifferenz zwischen dem Aluminium und äen Element aus dem anderen Metall b e st ehen kann·In addition to the difficulties "in forming a good connection between the JHnminiumdraht an element IMD of another metal, difficulties due to galvanic corrosion because a IPotentialdifferenz between the aluminum and AEEN element from the other metal processing can take st ·
?mrden bereits zahlreiche Anstrengungen gemacht, dieseNumerous efforts have already been made to this
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Nachteile zu "beseitigen, "beispielsweise indem ein Verbund-"block, "beispielsweise aus Kupfer, um einen Aluminiumkern gegossen wurde) durch "Plattieren" von frisch gereinigtem Aluminiumdraht mit einer Zinkschicht, mit dem Ziel, die .anschließende Verlötung zu vereinfachen, was häufig in einer inerten Atmosphäre erfolgte, wobei die Plattierung die Bildung einer Aluminiumoxydschicht verhindern sollte? durch Abreiben der Oberfläche des Aluminiums, wobei das Aluminium in geschmolzenes Zink eingetaucht wurde, usw.To "eliminate" disadvantages, for example by adding a composite "block, "For example from copper, around an aluminum core was cast) by" plating "freshly cleaned Aluminum wire with a zinc layer, with the aim of simplifying the subsequent soldering, which is often done in was carried out in an inert atmosphere, with the plating to prevent the formation of an aluminum oxide layer? by rubbing the surface of the aluminum with the aluminum immersed in molten zinc, etc.
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Verbundgegenäfcänden aus mehreren Komponenten ent-A process has now been developed for the production of metallic composite objects from several components.
jnindestens wickelt, das besondere Vorteile hat, wenn] eine Komponente ein Leichtmetall ist, das fest haftende stabile Oxydschichten bildet,· wobei die Verbundgegenstände praktisch kein Spannungsgefälle über die Verbindungsstelle aufweisen, die galvanische Korrosion stark vermindert und Verbindungsstellen mit verhältnismäßig hoher Zugfestigkeit gebildet werden. Bei einer besonderen Ausführungsform der Verbundgegenstände, bei der Aluminiumdraht mit einem Zinkelement verbunden is,t, sind die Verbundgegenstände daneben noch praktisch frei von thermischen Beanspruchungen, da die Ausdehnungskoeffizienten dieser Metalle ähnlich sind.at least winds, which has particular advantages when] a component is a light metal that forms firmly adhering stable oxide layers, the composite objects being practical do not have a voltage gradient across the connection point, which greatly reduces galvanic corrosion and connection points are formed with relatively high tensile strength. In a special embodiment of the composite objects, when aluminum wire is connected to a zinc element, the composite objects are still next to it practically free from thermal stress, as the expansion coefficients of these metals are similar.
Das Verfahren zur Herstellung dieser Verbundgegenstände besteht darin, daß man einen höherschmelzenden metallischenThe method of making these composite articles is to have a higher melting point metallic
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Festkörper in Oberflächenkontakt mit einem niedriger schmelzenden Metallgegenstand bringt, wobei die Kontaktfläche zwischen dem höherschmelzenden metallischen Fest-• körper und dem niedriger schmelzenden Metallgegenstand einen kleinen Anteil der Fläche des letzteren ausmacht, den höherschmelzenden metallischen Pestkörper auf eine Temperatur im Bereich zwischen den Schmelzpunkten "beider Metalle erhitzt, auf den Metallgegenstand in der Richtung, in der die Berührung erzwungen wird, einen mechanischen Druck ausübt und den Druckjauf recht erhält. Hierbei bewirkt der erhitzte Teil des höherschmelzenden Metallgegenstandes ein Schmelzen der Zone des damit in Berührung stehenden, niedriger schmelzenden Metalls sowie eine Verdrängung des geschmolzenen Teils des niedriger schmelzenden Metallgegenstandes. Die Erhitzung wird dann unterbrochen, während der Druck auf die Metalle aufrechterhalten wird, bis sie sich abgekühlt haben, so daß das geschmolzene, niedriger schmelzende Metall erstarrt und den höherschmelzenden metallischen Festkörper in der eingebetteten Lage festhält.Brings solid body into surface contact with a lower melting point metal object, the contact area between the higher melting metallic solid • and the lower melting metal object makes up a small proportion of the area of the latter, the higher-melting metallic plague body to one Temperature in the range between the melting points "of both metals heated on the metal object in the direction in which the contact is forced, a mechanical pressure is exerted and the pressure is kept right. This causes the heated part of the metal object with a higher melting point a melting of the zone of the one in contact with it, lower melting metal as well as a displacement of the molten part of the lower melting metal object. The heating is then discontinued while pressure is maintained on the metals until they do have cooled down so that the molten, lower melting metal solidifies and the higher melting metal metallic solid in the embedded layer.
Wie nachstehend anhand von Aluminiumdraht als Vertreter von Metallen, die normalerweise eine festhaftende Oberflächenschicht aus Metalloxyd aufweisen, sowie eines Verbindungselements aus Zink erläutert ist, besteht das bevorzugte Verfahren darin, daß man den Aluminiumdraht, d.h. das höherschmelzende Material, bevorzugt auf eine Temperatur erhitzt, die höher als der Schmelzpunkt desAs below using aluminum wire as a representative of metals, which normally have a firmly adhering surface layer of metal oxide, as well as one Zinc connecting element is explained, the preferred method is that one of the aluminum wire, i.e. the higher melting point material, preferably on a Heated temperature higher than the melting point of the
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Zinks liegt, während die beiden Metalle direkt miteinander in Berührung stehen, den heißen Aluminiumdraht, beispielsweise durch Schmieden, in das Zinkelement drückt, wobei der heiße Aluminiumdraht durch den Schmiededruck das in der Berührungszone geschmolzene Zink verdrängt. Dann wird der Verbundgegenstand abgekühlt, so daß das geschmolzene Zink erstarrt und den Aluminiumdraht in der lage, in der er in das Zinkelement eingedrungen ist, festhält.Zinc lies while the two metals are right with one another are in contact, the hot aluminum wire, for example by forging, presses into the zinc element, wherein the hot aluminum wire displaces the molten zinc in the contact zone due to the forging pressure. Then it will be the composite is cooled so that the molten zinc solidifies and the aluminum wire is in the position he has penetrated the zinc element.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Verbunddrahtgegenstände können als zwei oder mehrere metallische Elemente angesehen werden, die so miteinander verbunden sind, daß sie in einem elektrischen Stromkreis benutzt werden können. Diese Verbundgegenstände können viele Formen einnehmen, z.B. als elektrische leiter, die mit einem niedriger schmelzenden Metall-Anschlußstück verbunden sind, beispielsweise die Form eines Aluminiumdrahtes, der mit Zinkanschlüssen verbunden ist, eines Aluminiumdrahtes, der über eine Zinkverbindung mit einem Aluminiumdraht verbunden ist, eines Aluminiumdrahtes, der über eine Zinkverbindung mit einem Kupferdraht verbunden ist, sowie die Form ,von Tantal, das mit Kupferdraht verbunden ist, von Magnesium, das mit einer Zinkplatte verbunden ist, weiterhin die Form mit drei metallischen Elementen, wobei jedes Element mit einem niedriger schmelzenden Element verbunden ist, usw. Die Art eines Verbundgegenstandes mit einer neugefundenen Anwendbarkeit ist ein Aluminiumdraht mit einem Zinkanschlußstück, der sich als elektrische Verbindung für eine Anlasserwicklung eignet. Die Verbundgegenstände besitzen überraschende Eigenschaften, 909882/0 916The composite wire articles obtained in accordance with the present invention can be viewed as two or more metallic elements that are connected to one another in such a way that they can be used in an electrical circuit. These composite articles can take many forms, e.g. as electrical conductors connected to a lower melting metal connector, e.g. the shape of an aluminum wire connected with zinc connectors, an aluminum wire, which is connected to an aluminum wire via a zinc connection, an aluminum wire which is connected via a zinc connection connected with a copper wire, as well as the form, of tantalum connected with copper wire, of Magnesium, which is bonded to a zinc plate, continues the shape with three metallic elements, each being Element associated with a lower melting element, etc. The nature of a composite article with a newly found one Applicability is an aluminum wire with a zinc connector that acts as an electrical connection for a starter winding is suitable. The composite articles have surprising properties, 909882/0 916
die erst bei der Perfektionierung der Herstellungstechnik erkannt wurden. Hier sind zu nennen eine starke Verbindung mit einer größeren Zugfestigkeit als der Aluminiumdraht selbst, ein geringer elektrischer Widerstand, keine Gefahr, daß die Verbindung aufgrund von thermischen Beanspruchungen bricht·* und ein geringes Kontaktpotential, d.h. keine nennenswerte galvanische Korrosion, durch die im normalen Betrieb das elektropositivere Metall sich selbst verbraucht.only when the manufacturing technique is perfected recognized. Mention should be made here of a strong connection with a greater tensile strength than the aluminum wire itself, a low electrical resistance, no risk of the connection due to thermal stresses breaks * and a low contact potential, i.e. none Significant galvanic corrosion, through which the more electropositive metal consumes itself in normal operation.
Das niedrige Kontaktpotential eines Verbundgegenstandes gemäß der Erfindung, z.B. aus Aluminium und Zink, ist ungewöhnlich. Bei der Messung nach der üblichen Kontaktpotentialmethode zeigt eine Aluminium-Zink-Verbindung ein Arbeitspotential zwischen Zink und Aluminium von 3,4-0 minus 3»38» d.h. von 0,02 Volt im Vergleich zu einem normalen Arbeitspotential zwischen Zink und Kupfer von 1,67 Volt. Dieser ausgeprägte Unterschied war aus dem Arbeitspotential, das sich aus der elektrischen Spannungs-The low contact potential of a composite article according to the invention, e.g. unusual. When measuring according to the usual contact potential method an aluminum-zinc compound shows a work potential between zinc and aluminum of 3.4-0 minus 3 "38" i.e. 0.02 volts compared to one normal work potential between zinc and copper of 1.67 volts. This distinctive difference was due to the work potential, which results from the electrical voltage
reihe, in der die Poten'tialdifferenz zwischen Aluminium und Zink bzw. zwischen Aluminium und Kupfer relativ hoch sind, ableiten läßt, nicht vorhersehbar. Die Potentialdifferenz zwischen Aluminium und Zink beträgt 0,9 Volt, und die zwischen Aluminium und Kupfer liegt sogar noch höher.row in which the potential difference between aluminum and zinc or between aluminum and copper are relatively high, cannot be foreseen. The potential difference between aluminum and zinc is 0.9 volts, and that between aluminum and copper is even more higher.
Im allgemeinen wird eine Ausführungsform des Verbundgegenstandes der Erfindung wie folgt hergestellt}Generally, one embodiment of the composite article of the invention made as follows}
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Zum Beispiel werden ein Draht und ein niedriger schmelzendes metallisches Element in der Halterung einer Wechselstromwiderstandsschweißvorrichtung mit einem oberen Elektrodenmechanismus mit geringer Trägheit und guter Schweißgeschwindigkeit aufeinandergelegt. Diese Vorrichtung soll mit einer geeigneten Hitze- und Schweißzyklensteuerung versehen sein. Eine solche Vorrichtung ist z.B. die "Taylor Winfield EB1"-Schweißvorrichtung mit einem 5 Kilowatt-Transformator und einem Synchron-Präzisions-Hitzeregler.For example, a wire and a lower melting point metallic element are used in the holder of an AC resistance welder with an upper electrode mechanism with low inertia and good welding speed on top of each other. This device is intended to be used with appropriate heat and welding cycle control be provided. One such device is, for example, the "Taylor Winfield EB1" welder with a 5 kilowatt transformer and a synchronous precision heat regulator.
Der zu erhitzende Draht wird mit einer Wolfram-Widerstandselektrode in Berührung gebracht, wodurch der Draht bevorzugt erhitzt wird. Das niedriger schmelzende Element wird mit einer Elektrode mit hoher Leitfähigkeit, z.B. aus Kupfer, in Berührung gebracht, so daß die elektrische Leitfähigkeit hoch ist und der elektrische Strom hindurchgeleitet 'werden' kann, ohne daß das niedriger schmelzende Element eine nennenswerte Temperaturerhöhung erleidet. Ist der Draht auf eine Temperatur im Bereich zwischen den Schmelzpunkten der Metalle, d.h. bei Zink und Aluminium zwischen etwa 4I9 0C und etwa 659 0C, vorzugsweise zwischen etwa 625 0CThe wire to be heated is brought into contact with a tungsten resistance electrode, whereby the wire is heated preferentially. The lower-melting element is brought into contact with an electrode with high conductivity, for example made of copper, so that the electrical conductivity is high and the electric current can 'be' passed through without the lower-melting element suffering a significant increase in temperature. The wire to a temperature in the range between the melting points of the metals, ie zinc and aluminum between about 4I9 0 C and about 659 0 C, preferably between about 625 0 C
und 5OO 0C erhitzt, so wird auf den Draht ein Druck ausgeübt, so daß er mit dem niedriger schmelzenden metallischen Element in Berührung kommt und in das Element hineingedrückt wird, wodurch das geschmolzene Metall in der Kontaktzone verdrängt wird.and 5OO 0 C is heated, a pressure is applied to the wire so that it comes with the lower-melting metal element in contact with and is pressed into the element, will be displaced whereby the molten metal in the contact zone.
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Die "bevorzugte Erhitzung des höherschmelzenden Metalls auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Metalls, mit dem es verbunden werden soll, wird durch die Art und die Bauweise der Kontaktelektrode für die zu verbindenden Metalle sowie durch die Stromrichtung "beeinflußt. Eine örtliche Erhitzung kann mit Hilfe einer Y/iderstandselektrode, z.B. einer Elektrode aus einer Wolfram-Kupfer-rLegierung,The "preferred heating of the higher melting point metal to a temperature above the melting point of the metal with which it is to be bonded is determined by the type and the construction of the contact electrode for the metals to be connected as well as the direction of current "influenced Local heating can be achieved with the help of a Y / resistance electrode, e.g. an electrode made of a tungsten-copper alloy,
Strom erzielt werden. Die Erhitzung wird stärker, wenn der vonElectricity can be achieved. The heating increases when the from
der Elektrode in das Arbeitsstück fließt.the electrode flows into the workpiece.
Steht eine Widerstandselektrode mit dem höherschmelzenden Metall und eine gut leitende Elektrode mit dem metallischen Element mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in Berührung, wird "bevorzugt, d.h. lokalisiert, das höherschmelzende Metall erhitzt, während das metallische Clement mit dem niedrigeren Schmelzpunkt verhältnismäßig kühl bleibt, ausgenommen in der Zone, in der eine direkte Berührung zwischen den beiden Metallen stattfindet.There is a resistance electrode with the higher melting point Metal and a highly conductive electrode in contact with the metallic element with the lower melting point, is "preferred, i.e. localized, the higher melting point Metal heats up, while the metallic clement with the lower melting point remains relatively cool, except in the zone in which there is direct contact between the two metals.
Erreicht das höher schmelzende Metall eine Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt des anderen Metalls, was mit Hilfe einer Widerstandsschweißvorrichtung rasch der Fall ist, so schmilzt das metallische Element mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in einer lokalisierten Zone. Wird hierbei auf den Gegenstand mit dem höheren Schmelzpunkt ein Druck ausgeübt, so verdrängt dieser das Metall.If the higher melting metal reaches a temperature that higher than the melting point of the other metal thing is quickly the case with the help of a resistance welding device, the metallic element melts with the lower melting point in a localized zone. This applies to the object with the higher melting point if pressure is exerted, it displaces the metal.
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Der mechanische Druck zur Erzielung dieser Warmverformung kann durch die Elektroden ausgeübt werden. Dies kann auf verschiedene Weise, d.h. durch Federdruck oder auf pneumatis schem oder hydraulischem Wege geschehen. Im allgemeinen sind Vorrichtungen, die in der Lage sind, Stempeldrücke im Bereich von etwa 22,7 "bis 204 kg (50 "bis 450 lbs) auszuüben, für die meisten Zwecke ausreichend. Zum Warmverformen von Zink- und Aluminiumelementen reichen Stempeldrücke im Bereich von etwa 34 "bis 68 kg (75 "bis 150 rbs) aus.The mechanical pressure to achieve this hot deformation can be exercised through the electrodes. This can be done in different ways, i.e. by spring pressure or pneumatis Shem or hydraulic way. In general, devices that are capable of stamping pressures are in the range exercise from approximately 22.7 "to 204 kg (50" to 450 lbs), sufficient for most purposes. For hot forming of Zinc and aluminum elements will suffice with punch pressures in the range of approximately 34 "to 68 kg (75" to 150 rbs).
Nachdem das höherschmelzende Metall in das niedriger schmelzende metallische Element gedrückt wurde, um dort eine lokalisierte geschmolzene Zone zu verdrängen, muß die geschmolzene Zone wieder erstarren, damit das höherschmelzende Ketall an Ort und Stelle gehalten wird, "bevor der Druck weggenommen wird, wenn eine feste Verbindung gewährleistet werden soll. Ss reicht gewöhnlich aus, wenn man die einander "berührenden Lletalle einige Sekunden nach dem Abschalten des elektrischen Stromes in der Atmosphäre abkühlen läßt, worauf man den Verbundgegenstand aus der Schweißvorrichtung entfernt.After the higher melting point metal has been pressed into the lower melting point metallic element, to be there To displace a localized molten zone, the molten zone must solidify again, so that the higher melting zone Ketall is held in place "before pressure is relieved when a tight connection is made should be guaranteed. Ss is usually sufficient if you let the "touching" letters every few seconds after switching off the electric current in the atmosphere allowed to cool, whereupon the composite article removed from the welding device.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können ein Kupferdraht und eine Schweißöse bzw. ein Kabelschuh (welding leeg) aus einem niedriger, schmelzenden !.!etall in einer Falzmaschine aufeinandergelegt werden, worauf die Cse bzw. der Kabelschuh gefalzt und umgelegt wird, so daßAccording to a further embodiment of the invention can a copper wire and a welding eyelet or a cable lug (welding leeg) made of a lower, melting!.! metal are placed on top of each other in a folding machine, whereupon the Cse or the cable lug is folded and folded over so that
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der Draht im TaIz gehalten wird. Eine solche Falzung kann vor de~ Drhitzen durch mechanisches Verformen oder während des Erhitzens mit Hilfe des Elektrodendruckes erfolgen.the wire is held in the taIz. Such a fold can before heating by mechanical deformation or during of heating with the help of the electrode pressure.
Bei der für diese Ausführungsform der Erfindung erforderlichen Erhitzung wird eine '.Vechselstrom-Punktschweißvorrichtung mit einem oberen Slektrodenmechanisr.us mit geringer Trägheit so abgeändert, daß beide Elektroden vViderstandselektroden sind.The heating required for this embodiment of the invention uses an AC spot welder with an upper slectrode mechanism with low inertia modified so that both electrodes vResistance electrodes are.
Berühren die Elektroden den umgefalzten Kabelschuh, wobei der Draht im FaIz festgehalten ist, und wird der Schweißstrotn eingeschaltet, so wird der Draht infolge seines höheren, durch den kleineren Querschnitt bedingten, Widerstandes schnell erhitzt. Der Strom geht ohne nennenswerten Temperaturanstieg des niedriger schmelzenden metallischen Elements durch dieses hindurch. Der U-förmige Kabelschuh macht die Schweißverbindung nicht stromlos, beispielsweise wenn der Kabelschuh aus metallischem Zink und der Draht aus Aluminium besteht, da der spezifische Widerstand des Zinks gegenüber guten Leitern, wie Kupfer, gering und die spezifische Leitfähigkeit des Aluminiums wesentlich höher als die des Zinks ist, so daß der größere Teil des Schweißstromes durch das Aluminium geht.If the electrodes touch the crimped cable lug, with the wire held in the fold, the welding streaks switched on, the wire is due to its higher, due to the smaller cross-section, Resistance heated quickly. The current goes without a noticeable rise in temperature of the lower melting metal Element through this. The U-shaped cable lug does not de-energize the welded connection, for example if the cable lug is made of metallic zinc and the Wire is made of aluminum because the specific resistance of zinc compared to good conductors such as copper is low and the specific conductivity of aluminum is much higher than that of zinc, so that the greater part of the Welding current goes through the aluminum.
Nach dem Erhitzen des Drahtes auf eine Temperatur im Bereich zwischen den Schmelzpunkten der Metalle, d.h. im Falle von ■ Zink und Aluminium zwischen etwa 4-19 und 659 0O, wird auf denAfter the wire has been heated to a temperature in the range between the melting points of the metals, ie in the case of zinc and aluminum between about 4-19 and 659 0 O, the
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U-förmigen Kabelschuh ein Druck ausgeübt, so daß die einander gegenüberliegenden Flächen des Kabelschuhes näher zusammengedrückt werden. Sobald die Schenkel des U-förmigen Kabelschuhes mit dem erhitzten Draht oberhalb des Schmelzpunktes des Kabelschuhmetalls in Berührung kommen, erfolgt ein auf die Kontaktflächen lokalisiertes Schmelzen. Durch den angelegten Druck wird das geschmolzene Metall verdrängt, und der Widerstand gegenüber dem Verschließen der Lücke zwischen den Schenkeln des U-förmigen Kabelschuhes wird aufgehoben. Nachdem der höherschmelzende Metallgegenstand verhältnismäßig tief in beide Schenkel des U-förmigen Kabelschuhes eingedrungen ist, wird die Schmelzzone abgekuhlf, wodurchsaer noherschmelzende· Metallgegenstand an Ort und Stelle gehalten wird.U-shaped cable lug exerted a pressure so that the opposing surfaces of the cable lug are pressed closer together. As soon as the legs of the U-shaped cable lug come into contact with the heated wire above the melting point of the cable lug metal, localized melting occurs on the contact surfaces. The applied pressure displaces the molten metal and the resistance to the closing of the gap between the legs of the U-shaped cable lug is removed. After the higher melting metal object deeply in both legs of the U-shaped cable shoe has penetrated relatively, the melt zone is abgekuhlf, whereby s aer noherschmelzende · metal object in place is maintained.
Nach dieser Ausführungsform der Erfindung wird eine Ver- ' bindung mit verbesserter mechanischer Festigkeit erhalten. Man erhält eine Drahthalterung für Anwendungsformen, die Schwingungen oder Stößen ausgesetzt sind.According to this embodiment of the invention, a ' bond with improved mechanical strength obtained. A wire holder is obtained for application forms that Are exposed to vibrations or shocks.
Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele, die die Erfindung nicht beschränken sollen, näher erläutert.The invention is explained in more detail by means of the following examples, which are not intended to restrict the invention.
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Beim Verschweißen eines Aluminiumdrahtes "EC Nr. 15" &it ' einer etwa 25 mm langen und etwa 6,3 mm (1/4 inch) "breiten ■ Zinkplatte mit einer Stärke von etwa 1,3 nun (0,05 inch) wird ein etwa 6,3 mm lang atiisolierter Aluminiumdraht mit der Platte in Berührung gebracht. Eine Wolfram-Widerstandsheizelektrode (Mallory 100W) wird mit dem absiolierten Aluminiumdraht auf der Fläche, die der Berührungsfläche mit der Zinkplatte gegenüberliegt, in Berührung gebracht. Die Wolframelektrode ist federbelastet, und es wird ein mechanischer Druck von etwa 53 kg (125 lbs) angelegt.When welding an aluminum wire "EC No. 15" & it ' one about 25 mm long and about 6.3 mm (1/4 inch) "wide Zinc plate about 1.3 now (0.05 inch) thick a 6.3 mm long aluminum wire insulated with aluminum is brought into contact with the plate. A tungsten resistance heating electrode (Mallory 100W) with the stripped aluminum wire on the surface that is the contact surface with the zinc plate opposite, brought into contact. The tungsten electrode is spring loaded and a mechanical pressure of approximately 53 kg (125 lbs) is applied.
Die Zinkplatte ruht auf einer Knopfelektrode aus Zupfer (Mallory 1QW3) in der unteren Elektrodenhalterung. Wird mit Hilfe dieser Vorrichtung Strom durchgeleitet, so wird der Aluminiumdraht schnell auf eine Spitzentemperatur von etwa 600 0C erhitzt. Unter diesen Temperatur- und Druckbedingungen schmilzt das Zink in Berührung mit dem heißen Aluminiumdraht, und der AluminiumdifiVa/t verdrängt das geschmolzene Material, so daß das Zink um den Draht herausfließt und mindestens einen Teil des Aluminiumoxyds auf der Oberfläche des Drahtes mitnimmt. Durch Abschalten des Stromes oder in anderer geeigneter Weise, beispielsweise durch Änderung der Stromrichtugg usw., wird das Erhitzen beendet, und beim Abkühlen ruht der Aluminiumdraht fest in der eingebetteten Stellung.The zinc plate rests on a button electrode made of Zupfer (Mallory 1QW3) in the lower electrode holder. Is passed by means of this device current, the aluminum wire is rapidly heated to a peak temperature of about 600 0 C. Under these temperature and pressure conditions, the zinc melts in contact with the hot aluminum wire and the aluminum difVa / t displaces the molten material so that the zinc flows out around the wire and carries with it at least some of the aluminum oxide on the surface of the wire. By switching off the current or in some other suitable way, for example by changing the current direction, etc., the heating is stopped, and when it cools the aluminum wire rests firmly in the embedded position.
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Die Zugfestigkeit der nach Beispiel 1 gebildeten Verbindung (durch axiales Ziehen bestimmt) beträgt im allgemeinen etwa 11,4 bis 12,6 kg (25 bis 28 lbs).The tensile strength of the connection formed according to Example 1 (as determined by axial pull) is generally about 11.4 to 12.6 kg (25 to 28 lbs).
Die Ermüdungsfestigkeit der Verbindungsstelle nach Beispiel 1 wurde durch Temperaturwechselversuche bestimmt, d.h. der Verbundgegenstand wurde durch Hindurchleiten von elektrischem Strom erhitzt, während die Umgebung bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von -75° bis +350 0O gehalten wurde. Ein weiterer Versuch wurde bei 38 0C in 95$ relativer Luftfeuchtigkeit durchgeführt.The fatigue strength of the joint according to Example 1 was determined by thermal cycling tests, ie the composite article was heated by passing electrical current, while the surrounding area has been maintained at various temperatures ranging from -75 ° to +350 0 O. Another experiment was carried out at 38 ° C. in a relative humidity of 95 °.
Die Stromdichte zur Erzielung der schnellen Temperaturerhöhung betrug etwa 77,5 A/mm (50 000 amp. sq/in.), wobei das Ohm'sche Gesetz (I R) zugrunde gelegt wurde.The current density to achieve the rapid temperature rise was about 77.5 A / mm (50,000 amp. Sq / in.), Where Ohm's law (I R) was used.
Zur Versuchskontrolle wurde der Spannungsabfall (in Millivolt) über die Verbindungsstelle verwendet. Die Werte wurden mit einem Fullpotentiometer bei Stromdichten von etwa 3»1 A/mm (2000 amp /sq.inch) erhalten. Die Dauer einer Periode betrug insgesamt 1 Minute, wobei der Strom 2 Sekunden eingeschaltet war. Jeder Versuch wurde 150 000 Mal wiederholt. In keinem der vorstehend angegebenen Versuche wurden Anzeichen eines Versagens der Verbindung infolge eines erhöhten Übergangswiderstandes festgestellt.The voltage drop (in millivolts) across the connection point was used to control the test. The values were with a full potentiometer at current densities of about 3 »1 A / mm (2000 amp / sq.inch). The duration of a period was 1 minute total with power on for 2 seconds. Each attempt was repeated 150,000 times. In none of the above tests indicated a failure of the connection due to increased contact resistance established.
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Beim Verschweißen eines Aluminiumdrahtes "BC No.15" und eines Aluminiumdrahtes "EO No.12" mit einem Zinkelement mit einer etwa 13 mm (1/2 inch) langen, 9,5mm (3/sf breiten und etwa 1,6 mm (1/16 inch) dicken Öse werden abisolierte Drahtstücke von jeweils etwa 9,5mm (3/8 inch) Länge mit der Öse in Berührung gebracht.When welding an aluminum wire "BC No.15" and an aluminum wire "EO No.12" with a zinc element with an eyelet about 13 mm (1/2 inch) long, 9.5 mm (3 / sf wide, and about 1.6 mm (1/16 inch) thick) are stripped wire pieces of about 9.5mm each (3/8 inch) length brought into contact with the eyelet.
Etwa 9,5 mm der Öse werden umgefalzt und fest mit den beiden Drahtstücken verklemmt, wodurch diese im PaIz zwischen den beiden Schenkeln der U-förmigen Öse festgehalten werden.About 9.5 mm of the eyelet are folded over and firmly attached to the the two pieces of wire jammed, as a result of which they are held in place between the two legs of the U-shaped eyelet will.
Dann werden eine obere und eine untere Widerstands-Schweißelektrode (Mallory 10W3) mit den Schenkeln Φr U-förmigen Öse in Berührung gebracht, und es wird ein mechanischer Druck von etwa 68 kg angelegt.Then an upper and a lower resistance welding electrode (Mallory 10W3) brought into contact with the legs Φr U-shaped eyelet, and it becomes a mechanical Pressure of about 68 kg applied.
Wird der Strom aus den Elektroden durch die beiden Schenkel der Zinköse und die Drähte im Falz geleitet, so wird der Aluminiumdraht schnell auf eine Temperatur von etwa 58O0G erhitzt. Unter diesen Temperatur- und Druckbedingungen schmilzt das Zink an den mit den heißen Aluminiumdrähten in Berührung stehenden Flächen, wodurch der Widerstand gegenüber dem Schließen der Lücke zwischen den beiden Schenkeln der Öse beseitigt wird. Bei dem angewendeten Druok vermindert sich der Abstand zwischen den beidenWhen the current is passed from the electrodes through the two legs of the Zinköse and the wires in the rebate, the aluminum wire is rapidly heated to a temperature of about 58o 0 G. Under these conditions of temperature and pressure, the zinc melts on the surfaces in contact with the hot aluminum wires, thereby eliminating the resistance to closing the gap between the two legs of the loop. With the Druok applied, the distance between the two decreases
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Schenkeln der Öse auf "beispielsweise etwa 0,4 mm, d.h. auf einen Abstand, der geringer als der Durchmesser der Aluminiumdrähte ist.Legs of the eyelet to "for example about 0.4 mm, i. to a distance that is less than the diameter of the aluminum wires.
Bei der Verkürzung des Abstandes zwischen den Schenkeln der Öse schmilzt das Zink an den mit den heißen Aluminiumdrähten in Berührung stehenden Flächen, und die Aluminiumdrähte verdrängen das geschmolzene Material, so daß das Zink um jeden Draht fließt. Wird der Strom ausgeschaltet, kühlt sich der Verbundgegenstand ab, und beide Aluminiumdrähte werden in der eingebetteten lage festgehalten.When the distance between the legs of the eyelet is shortened, the zinc melts on the hot aluminum wires contacting surfaces, and the aluminum wires displace the molten material, so that the Zinc flows around every wire. When the power is turned off, the composite cools down, and both aluminum wires are held in the embedded position.
Die Zugfestigkeit der nach diesem Beispiel ausgebildeten Verbindungsstelle (durch axiales Ziehen bestimmt) kann im Bereich zwischen etwa 13»6 und 15»9 kg (30 - 35 lbs.) liegen,The tensile strength of the connection point formed according to this example (determined by axial pulling) can be in Range between approximately 13 »6 and 15» 9 kg (30-35 lbs.),
Die vorstehende allgemeine Beschreibung dient nur zum klareren Verständnis der Erfindung? es sollen keine unnötigen Beschränkungen entnommen werden, da der Fachmann ohne weiteres Veränderungen vornehmen kann.The foregoing general description is only intended to provide a clearer understanding of the invention? No unnecessary restrictions should be inferred, since changes can readily be made by those skilled in the art.
- Patentansprüche «-- Claims «-
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Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US50261065A | 1965-10-22 | 1965-10-22 | |
US58308166A | 1966-09-29 | 1966-09-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1552981A1 true DE1552981A1 (en) | 1970-01-08 |
Family
ID=27054222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19661552981 Pending DE1552981A1 (en) | 1965-10-22 | 1966-10-21 | Connection of metallic elements |
Country Status (2)
Country | Link |
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DE (1) | DE1552981A1 (en) |
GB (1) | GB1160369A (en) |
-
1966
- 1966-10-21 DE DE19661552981 patent/DE1552981A1/en active Pending
- 1966-10-21 GB GB4740266A patent/GB1160369A/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
GB1160369A (en) | 1969-08-06 |
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